- 弹性势能
- 共63题
为了研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧压缩量的关系,某实验小组的实验装置如图甲所示,水平光滑槽距地面高为h,光滑槽与桌子右边缘垂直,槽出口与桌边缘相齐,槽中放置一轻质弹簧,其左端固定,右端与质量为m的小钢球接触。将小球向左推,压缩弹簧一段距离后由静止释放,弹簧将小球沿水平方向推出,小球落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹。
(1)若测得某次实验小球的落点P到O点的距离为s,那么由理论分析得到小球释放前压缩弹簧的弹性势能Ep与h、s和mg之间的关系式是_____________;
(2)该同学改变弹簧的压缩量进行多次实验,测量得到下表的数据:
在坐标纸上做出x-s的图像。并由图像得出:x与s的关系式是_________。实验得到弹簧弹性势能与弹簧压缩量x之间的关系式为_________;
(3)完成实验后,该同学对上述装置进行了如图乙所示的改变:
①在木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将木板竖直立于靠近桌子右边缘处,使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,小球撞到木板上,并在白纸上留下痕迹O;
②将木板向右平移适当的距离(设为L)固定,再使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,小球撞到木板上,在白纸上留下痕迹P;
③用刻度尺测量纸上O点到P点的竖直距离设为y。由此步骤得到弹簧的压缩量应该为_________;
(4)若该同学在完成步骤(3)的过程中,光滑水平槽与桌子右边缘不垂直,用(3)问的方法计算得出的弹簧压缩量与实际值相比_________(选填“偏大”、“偏小”或“相同”)。
正确答案
(1)
(2)x=0.005s,=
,图像如下
(3)x=
(4)偏小
光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如图甲所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间。现利用如图乙所示的装置来测量滑块与长1m左右的木板间的动摩擦因数及被压缩弹簧的弹性势能,图中木板固定在水平面上,木板的左壁固定有一个处于锁定状态的压缩轻弹簧(弹簧的长度与木板相比可忽略),弹簧右端与滑块接触,1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门,与之连接的两个光电计时器没有画出。现使弹簧解除锁定,滑块获得一定的初速度后水平向右运动,光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为2.0×10-2s和5.0×10-2s。用游标卡尺测量小滑块的宽度d,游标卡尺的示数如图丙所示。
(1)读出滑块的宽度d=______________cm;
(2)滑块通过光电门1的速度v1=______________m/s,通过光电门2的速度v2=______________m/s;
(3)若用米尺测量出两个光电门之间的距离为L,已知当地的重力加速度为g,则滑块与木板间的动摩擦因数的表达式为______________;(各量均用字母表示)
(4)若用米尺测量出滑块的初始位置到光电门2的距离为s,为测量被压缩弹簧的弹性势能,则还需测量的物理量是______________(说明其含义,并指明代表物理量的字母),被压缩弹簧的弹性势能可表示为______________(各量均用字母表示)。
正确答案
(1)5.50
(2)2.75,1.10
(3)
(4)滑块的质量m,mv22+
光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如图甲所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.现利用如图乙所示的装置来测量滑块与长 1m 左右的木板间的动摩擦因数及被压缩弹簧的弹性势能,图中木板固定在水平面上,木板的左壁固定有一个处于锁定状态的压缩轻弹簧(弹簧的长度与木板相比可忽略),弹簧右端与滑块接触,1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门,与之连接的两个光电计时器没有画出.现使弹簧解除锁定,滑块获得一定的初速度后水平向右运动,光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为2.0×10-2 s和5.0×10-2 s.用游标卡尺测量小滑块的宽度d,游标卡尺的示数如图丙所示.
(1)读出滑块的宽度d=______cm.
(2)滑块通过光电门1的速度v1=______m/s,通过光电门2的速度v2=______m/s.
(3)若用米尺测量出两个光电门之间的距离为L,已知当地的重力加速度为g,则滑块与木板间的动摩擦因数的表达式为______.(各量均用字母表示)
(4)若用米尺测量出滑块的初始位置到光电门2的距离为s,为测量被压缩弹簧的弹性势能,则还需测量的物理量是______(说明其含义,并指明代表物理量的字母),被压缩弹簧的弹性势能可表示为______(各量均用字母表示).
正确答案
(1)由于该游标卡尺是10分度的,它的精确度是0.1mm,主尺的读数是55mm,游标尺上的读数是0.0mm,所以小铁块的宽度是55.0mm,即5.50cm.
(2)根据极限的思想,在时间很短时,我们可以用这一段的平均速度来代替瞬时速度,
所以铁块通过光电门l的速度是v1==
m/s=2.75m/s
铁块通过光电门2的速度是v2==
m/s=1.1m/s
(3)要测量动摩擦因数,由f=μFN 可知要求μ,需要知道摩擦力和压力的大小,滑块做的是匀加速直线运动,根据v1、v2和两个光电门之间的距离L,由速度位移的关系式可得,
v22-v12=2aL
对于整体由牛顿第二定律可得,
Mg-f=Ma
因为f=μFN,
所以由以上三式可得:μ=
(4)若要测量被压缩弹簧的弹性势能,还要知道滑块的质量.
由动能定理,选择从初位置到光电门2作为过程.
则有:W弹-μmgs=m
-0
即弹性势能为mv22+
故答案为:(1)5.50
(2)2.75 1.10
(3)
(4)滑块的质量m mv22+
为了研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧压缩量的关系,某实验小组的实验装置如图所示,光滑水平桌面距地面高为h,一轻质弹簧左端固定,右端与质量为m的小钢球接触,弹簧处于原长。将小球向左推,压缩弹簧一段距离后由静止释放,弹簧将小球沿水平方向推出,小球落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹,已知重力加速度为g。
(1)某次实验测得小球的落点P到O点的距离为S,那么由理论分析得到小球释放前压缩弹簧的弹性势能Ep与h、s、mg之间的关系式为____________________ ;
(2)改变弹簧压缩量进行多次实验,测量数据如下表所示,请在坐标纸上做出x-s图象。
(3)由图象得出x与s的关系式为_______________;由实验得到弹簧弹性势能Ep与弹簧压缩量x之间的关系式为______________。
正确答案
(1)
(2)
(3)=0.005;=
请你举出一些物体具有势能的例子.
正确答案
水从高处往低处;流重锤打桩机;高空中的雨滴等
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